Tópicos:
- Ventilação do cárter em geral
- Válvula de ventilação do cárter
- Gases de escape
- Versões de ventilação do cárter e ventilação do cárter
- Separadores de óleo
- Aquecimento elétrico para ventilação do cárter
- Problemas comuns de ventilação do cárter
Ventilação geral do cárter:
A ventilação do cárter é um sistema que expele os gases do cárter para o coletor de admissão do motor. Além do óleo do motor, o cárter também contém ar. Este ar é misturado com vapores de óleo e uma quantidade mínima de gases de combustão que passam pelos anéis do pistão do motor carreteiro terminar. Chamamos estes gases de “explosão”. Este vapor não deve ser liberado para o ar externo. Se isso for feito deliberadamente, como acontecia no passado com motores antigos, chamamos isso de Ventilação Negativa do Cárter. No entanto, isto é mau para o ambiente, os fumos consistem em resíduos de combustão, vapor de água e vapor de gasolina.
Hoje em dia, os vapores são conduzidos ao trato de admissão do motor por meio de mangueiras e tubos (visíveis na imagem abaixo). Os vapores do cárter são assim sugados para dentro do motor e depois participam do processo de combustão. Depois de queimados, eles não são mais prejudiciais. Chamamos a ventilação do cárter totalmente fechada de “Ventilação Positiva do Cárter”, abreviada como PCV. A ventilação positiva do cárter está equipada com a chamada válvula PCV, que regula a pressão para o cárter.
A ventilação do cárter e a ventilação do cárter são frequentemente confundidas. Há uma diferença essencial entre a ventilação do cárter e a desaeração do cárter:
- durante a ventilação do cárter, o vapor do cárter é removido e o ar fresco é fornecido;
- Com a ventilação do cárter, apenas os vapores do cárter são extraídos.
Válvula de ventilação do cárter:
A ventilação do cárter é uma válvula de retenção e uma válvula de controle de pressão, que drena o excesso de pressão da ventilação do cárter para a entrada do motor, mas fecha na direção oposta. Na maioria dos casos, a válvula de ventilação do cárter é projetada como uma válvula de diafragma com mola que mantém a pressão negativa no cárter em aproximadamente 0,02 a 0,03 bar em comparação com a pressão do ar externo.
Ao abrir esta válvula PCV, os vapores de água e os gases soprados são absorvidos no ar de entrada e co-combustados no cilindro.
A válvula de ventilação do cárter está conectada ao ar externo de um lado e ao coletor de admissão do outro lado. O objetivo é manter uma pressão baixa e constante no cárter com pressões variadas no coletor de admissão.
- Em marcha lenta, a pressão no coletor de admissão é baixa (pressão negativa). A válvula está quase fechada;
- Quando você acelera, a válvula borboleta abre ligeiramente e a pressão do ar no coletor de admissão aumenta (menos vácuo). A válvula abre um pouco mais.
Quando a válvula é aberta, o disco de vedação move-se para cima contra a força da mola. A passagem é assim aumentada para permitir que mais vapores do cárter sejam descarregados na entrada.
Gases de escape:
Os gases que entram no cárter vindos da câmara de combustão são chamados de gases blow-by. Os gases de escape podem entrar no cárter de várias maneiras. Fatores como a folga do pistão, a condição dos anéis do pistão e a ovalização e desgaste da parede do cilindro têm maior influência na quantidade de gases soprados produzidos por um motor.
Durante a combustão, é produzido aproximadamente um kg de vapor d'água por litro de combustível, parte do qual vai para o cárter ao longo dos anéis do pistão.
Durante o aquecimento de um motor frio e de uma mistura rica com aceleração, a maioria dos gases de escape são criados, fazendo com que o combustível não queimado ou queimado de forma incompleta acabe no cárter. Os gases blow-by consistem em 10 a 40% de óleo e o restante consiste em gases como H20, CO, Co2, HC e NOx.
Versões de ventilação do cárter e ventilação do cárter:
As imagens mostram uma parte do bloco do motor onde é possível reconhecer o tipo de ventilação do cárter. Os componentes da ventilação do cárter são indicados por símbolos pneumáticos.
A legenda mostra o significado dos símbolos.
Cada tipo de ventilação do cárter é numerado (de 1 a 7).
1. Ventilação não regulada do cárter com dreno para válvula de gás:
O respiro do cárter consiste em um separador de óleo e uma mangueira para a mangueira de ar entre o filtro de ar e a válvula borboleta. Esta é a versão mais simples de ventilação do cárter que encontramos em automóveis de passageiros. Existem muitas desvantagens nesta construção:
– os vapores do cárter podem causar medidor de massa de ar poluir;
– a pressão negativa no cárter depende da resistência do filtro de ar.
2. ventilação do cárter com válvula de retenção na frente e restrição após a válvula borboleta:
Comparado ao número 1 (acima), há melhor ventilação, pois há um melhor fluxo de ar sobre a válvula borboleta em carga parcial. Uma desvantagem é que a construção é mais complicada que a do número 1.
3. Ventilação do cárter com mudança de direção do fluxo no tubo de ventilação:
A grande vantagem é que isso envolve ventilação no cárter, e não apenas desaeração. As desvantagens são que é necessário um segundo separador de óleo e que o fluxo de ar no separador de óleo é invertido.
4. ventilação regulada do cárter com dreno após a válvula de gás:
Como esta versão está localizada após a válvula borboleta, há mais subpressão na ventilação do cárter (mais efeito de sucção). Portanto, é necessário um regulador de pressão. Entre o separador de óleo e o tubo de entrada existe um regulador de pressão que só abre a uma determinada pressão do cárter. Sem sobrepressão no cárter, o regulador de pressão está fechado.
5. Sistema de ventilação regulada do cárter com exaustão para a válvula de gás:
Vemos também o regulador de pressão nesta versão. A adição neste sistema é a mangueira entre o tubo de entrada de ar na frente da válvula borboleta e a conexão na tampa da válvula. Isto torna possível a ventilação. A desvantagem é que há ar falso sobre a válvula borboleta.
6. Ventilação descontrolada do cárter de um motor sobrealimentado:
Há uma válvula de retenção na mangueira de respiro do cárter, entre a válvula borboleta e o coletor de admissão. Isso evita que o turbo sopre pressão excessiva no sistema de ventilação do cárter. Sob condições de plena carga, esta válvula de alívio de pressão permaneceria fechada e a pressão do cárter aumentaria muito. Por esta razão, um separador de óleo adicional com uma mangueira é fixado no lado de sucção do turbo.
7. Sistema de ventilação controlada do cárter de um motor sobrealimentado:
A mangueira para a tampa da válvula permite a ventilação do cárter. A válvula reguladora de pressão com duas válvulas de retenção permite uma pressão negativa mais elevada para o separador de óleo. A desvantagem é que este sistema é complexo.
Separadores de óleo:
Para evitar que o óleo do motor seja sugado para o canal de admissão através da ventilação do cárter com os gases de escape, os fabricantes utilizam separadores de óleo. Sem um separador de óleo, componentes como medidor de massa de ar, turbo, válvulas e conversor catalítico ou filtro de partículas podem ficar contaminados ou danificados. Como o nome sugere, o separador de óleo separa resíduos de ar e óleo. Os separadores de óleo estão disponíveis em diferentes versões: ciclone, labirinto e separadores de óleo eletrolíticos. Essas três versões são descritas nos parágrafos seguintes.
Separador de óleo ciclone:
O separador de óleo tipo ciclone separa o óleo e o ar nos vapores do cárter girando o ar em vórtex. A força centrífuga criada durante a rotação faz com que as partículas mais pesadas de óleo sejam lançadas contra o interior da carcaça.
As gotas de óleo restantes retornam ao cárter por meio de uma mangueira. O ar empurra a válvula de controle de pressão para cima contra a força da mola e é alimentado na entrada do motor. Na imagem vemos que o turbo suga esse ar.
A válvula de controle de pressão fecha quando há ameaça de formação de vácuo no cárter, por exemplo, quando o turbo aspira muito ar. Um vácuo muito alto no cárter pode danificar juntas e vedações.
Separador de óleo labirinto:
Um separador de óleo labirinto é frequentemente combinado com um separador de ciclone. No separador de óleo em labirinto, os vapores do cárter colidem com os defletores. As gotas de óleo são separadas do ar e voltam para o cárter. Os restantes resíduos de óleo são então separados do vapor no separador de ciclone.
Com o aumento da pressão do cárter e vapores excessivos no cárter, por exemplo devido ao desgaste excessivo dos anéis do pistão, a válvula limitadora de pressão abre para evitar que a pressão do cárter suba muito.
As imagens abaixo mostram uma tampa de válvula de um motor VW 2.0 TDI. Ambos os tipos de separadores de óleo são montados na tampa da válvula.
As imagens abaixo mostram as posições dos separadores de óleo tipo labirinto e ciclone. O vapor do cárter vai para o labirinto (esquerda). No labirinto, os resíduos grossos de óleo são separados do ar que flui. Do labirinto, o vapor do cárter vai para a seção do ciclone para retirar do ar os últimos resíduos de óleo.
Separador de óleo eletrostático:
Os separadores de óleo mencionados anteriormente não alcançam uma separação 100% eficaz. Se o vapor do cárter passar através desses tipos de separadores de óleo em baixa velocidade, como pode ocorrer em baixas velocidades, pequenas gotas de óleo ainda permanecerão no vapor. O separador eletrostático de óleo também remove essas pequenas gotículas dos vapores do cárter. O vapor limpo do cárter contém menos de um por cento do óleo que entrou no vapor impuro do cárter.
A figura a seguir mostra o separador de óleo eletrostático.
A alta tensão torna magnéticas até mesmo as menores gotas de óleo, de modo que elas grudam no separador. Desta forma o óleo é separado do ar.
A caixa contém um transformador que converte a tensão de bordo de 12 ou 24 volts (em um veículo de passageiros ou comercial) em uma alta tensão de 9 a 12 quilovolts.
Aquecimento elétrico para ventilação do cárter:
O vapor do cárter contém vapor de água. Na seção “gases de escape” já foi descrito que aproximadamente um kg de vapor d'água é liberado por litro de combustível, parte do qual vai para o cárter ao longo dos anéis do pistão. Com um motor frio onde a temperatura na ventilação do cárter é inferior a 70 graus Celsius, o vapor de água condensará como água. Com muitas partidas a frio e viagens curtas, uma grande quantidade de água se acumula no bloco do motor.
Enquanto o motor está funcionando, parte da umidade evapora e o vapor é removido pelo respiro do cárter. O vapor do cárter condensa nas partes mais frias do motor, incluindo as mangueiras de respiro do cárter. Para evitar que o vapor na mangueira congele em baixas temperaturas do ar externo, muitos fabricantes de automóveis instalam um ou mais elementos de aquecimento na mangueira de respiro do cárter.
O aquecimento é ativado pela ECU durante uma partida a frio.
Em motores sem elemento de aquecimento ou onde o aquecimento não funciona, existe a possibilidade de a mangueira de respiro congelar. Um bloqueio ocorre naquele local. A pressão do cárter torna-se então consideravelmente mais alta. Como resultado do aumento da pressão do cárter, pode ocorrer vazamento de óleo através da vedação do virabrequim ou das juntas (tampa da válvula ou junta do cárter).
Motores que não atingem a temperatura operacional suficiente podem causar o congelamento da água no cárter. Como o óleo flutua na água, o gelo bloqueia o fluxo de óleo para o filtro de óleo. A baixa pressão do óleo causa danos ao motor. O aquecimento eléctrico descrito neste parágrafo não oferece solução: o aquecimento evita o congelamento das mangueiras de ventilação do cárter que podem estar localizadas na parte superior do compartimento do motor. Para evitar que muita água se acumule no cárter, é aconselhável deixar o motor aquecer frequentemente, fazendo viagens longas, não adiando os intervalos de manutenção e evitando ao máximo viagens curtas de alguns quilómetros.
Problemas comuns de ventilação do cárter:
- Ventilação do cárter obstruída: alta pressão se acumula no cárter e prejudica o funcionamento do motor. Em motores com muita borra branca (resíduos de óleo com umidade, causados por percorrer sempre distâncias curtas onde o motor nunca atinge a temperatura de funcionamento, ou por um termostato defeituoso), a ventilação do cárter pode ficar completamente obstruída. As mangueiras ficam cheias de lama e podem congelar no inverno (porque a lama branca geralmente consiste em umidade). Se isto acontecer, as mangueiras podem colapsar espontaneamente.
- Mangueiras rachadas: o óleo ataca a borracha. A fumaça do cárter contém resíduos de óleo e as mangueiras de entrada geralmente são feitas de borracha. À medida que essas mangueiras envelhecem, elas podem rasgar. Essas mangueiras muitas vezes parecem mascar chiclete e são uma indicação de que precisam ser substituídas.
- Uma mangueira de ventilação do cárter rasgada pode causar um cheiro desagradável de óleo no compartimento do motor e, portanto, também no interior. O motor também irá sugar ar falso, porque o ar extra aspirado não foi medido pelo medidor de massa de ar. O excesso de ar pode fazer com que o motor funcione de forma irregular, consuma mais combustível e acenda a luz do motor.
- Contaminação do motor: os vapores do cárter ainda podem conter pequenas gotas de óleo, apesar dos separadores de óleo. Isso pode obstruir o trato de admissão do motor, incluindo o corpo do acelerador e as válvulas de admissão.
- Aumento da pressão do cárter: Este não é um problema da ventilação do cárter em si, mas pode ser observado através da ventilação. Se muito ar for soprado através da ventilação do cárter, um ou mais anéis de pistão (de compressão) ou a parede do cilindro poderão ser danificados. A mistura vaza pelos anéis do pistão para dentro do cárter durante o curso de compressão (sopro). Para saber com certeza se a causa pode ser encontrada nos anéis do pistão, deve ser realizado um teste de compressão ou de vazamento do cilindro. Num motor que sofre com isso, o óleo do motor ficará contaminado e envelhecerá mais rapidamente devido ao combustível e aos gases de combustão.
